Pi Catapult : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Chaque année, le dernier samedi d'octobre, le Musée historique de Cantigny organise un concours de catapulte amateur. Il s'agit d'un concours merveilleux qui permet à tous les arrivants de construire et de tirer une catapulte tout en concourant dans jusqu'à 3 catégories différentes: distance, groupement de tirs et précision. Pour plus d'informations sur le concours, veuillez visiter leur site Web à l'adresse https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… Pour le concours de cette année, mon équipe, les Pi Throwers, a décidé d'utiliser un Raspberry Pi pour aider au relâcher une partie de notre lancer.

Dans notre conception, nous avons un ensemble de capteurs surveillés par un Raspberry Pi Zero Wireless. Après avoir armé la catapulte et tiré sur le déclencheur, le Raspberry Pi contrôle le moment où la balle de baseball sera lancée. En utilisant ce processus simple, nous avons pu arriver en deuxième place avec une distance de 186 pieds.

Ce Instructable discutera de la conception, du développement et de la mise en œuvre du contrôleur Raspberry Pi et de l'électronique associée. Bien que je ne couvre pas la construction de la catapulte de cette année, recherchez un instructable après le début de la nouvelle année sur la conception et la construction de la catapulte de l'année prochaine.

Juste pour le plaisir, j'ai inclus une vidéo de notre prise de vue de 186 pieds. J'espère que tu apprécies.

Je tiens également à remercier mes coéquipiers de cette année: Steven Bob et Gus Menoudakis.

Étape 1: Conception globale

Au cours du concours de l'année dernière, nous avons eu beaucoup de mal à obtenir des versions cohérentes pour notre catapulte. Étant un grand geek, selon ma femme, j'ai décidé d'utiliser mes compétences en électronique et le coût extrêmement bas d'un Raspberry Pi Zero (5 $) pour ajouter un contrôle informatique.

Voici le processus global de tir de la catapulte. Tout d'abord, allumez le Pi. Deuxièmement, connectez-vous au point d'accès sans fil du Pi avec mon iPhone et démarrez mon application Catapult. Ensuite, remontez la catapulte et réglez le déclencheur. Chargez la catapulte et activez la détente. Armez la catapulte avec l'application. Lorsque vous êtes prêt à tirer avec la catapulte, tirez sur le déclencheur. Maintenant, le Pi, à l'aide des capteurs intégrés, libère la gâchette juste au bon moment et la balle est libérée.

Étape 2: Configuration du Raspberry Pi Zero

Il y a trois étapes principales nécessaires pour configurer le Raspberry Pi pour une utilisation dans la catapulte. La première consiste à ajouter des connexions aux blocs d'alimentation situés à l'arrière du Pi. La seconde consiste à configurer le Pi comme un point chaud. La dernière étape consiste à développer un programme en Python qui interagira avec l'application de contrôle, lira les capteurs et déclenchera la catapulte en cas de besoin.

Connexions d'alimentation

1. Allumez votre fer à souder.
2. Prenez un jeu de fils de calibre 16-18 pour la connexion électrique. J'utilise toujours du fil rouge pour la connexion positive. J'utilise également du fil qui a un connecteur à une extrémité pour que je puisse retirer le pin de la catapulte.
3. Dénudez une petite quantité de fil et étamez les extrémités.
4. Pré-soudez les pastilles où vous connecterez l'alimentation. Je ne connais pas les numéros des pads mais j'ai indiqué quels pads utiliser sur la photo.
5. Soudez les fils au Pi. Je trouve que cette étape est facile si vous fixez le Pi et maintenez un fil sur le pad à souder. J'applique ensuite le fer à souder sur le fil tout en appuyant sur la pastille. Une fois que vous sentez la soudure sur le fil fondre, relâchez la pression.
6. Répétez avec le deuxième fil.
7. Vérifiez s'il y a des shorts. Un court-circuit existe si les fils ou la soudure des deux pastilles se touchent. Si cela se produit, chauffez la soudure, retirez les fils et réessayez.

Point chaud

Bien que je puisse suivre toutes les étapes pour configurer un point chaud, il y en a d'autres qui ont fait un meilleur travail. J'ai répertorié quelques sites avec des instructions étape par étape.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Programme Python

Un programme Python est utilisé pour contrôler la configuration et le tir de la catapulte. Le programme, situé ci-dessous, est exécuté sur le Pi et vous permet de configurer et de contrôler la catapulte. Ce programme est ajouté au répertoire utilisateur local et exécuté à chaque mise sous tension du Pi en ajoutant une entrée dans /etc/rc.local. Ce programme configure un serveur réseau auquel je me connecte à l'aide d'une application développée pour mon iPhone. Vous pouvez également utiliser telnet et vous connecter au port 9999 sur le Pi. Vous pouvez ensuite utiliser des commandes de texte avec le même effet que mon application.

Programme Node-Red

En plus du programme Python, j'ai créé un programme Node-Red avec des fonctionnalités similaires mais il utilise une interface Web. Étant donné que Rasbian, le système d'exploitation recommandé pour le Raspberry Pi, inclut Node-Red dans le cadre de l'installation, j'ai pensé que cela pourrait être un bon ajout. Copiez le contenu du fichier catapult.json dans votre presse-papiers, ouvrez Node-Red sur le Pi que vous avez l'intention d'utiliser pour votre catapulte, sélectionnez Importer-> Presse-papiers dans le menu de droite et collez-y le code. Il ne vous reste plus qu'à déployer le code et à vous connecter à l'adresse IP de votre Pi pour l'interface utilisateur. Dans mon cas, il s'agit de https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, votre adresse IP sera très.

Étape 3: Câblage des pièces

Bien que cela ressemble à un gâchis, le câblage réel du système est assez simple. Le schéma PowerPoint mal fait montre toutes les connexions. Les pièces nécessaires sont listées ci-dessous.

Liste des pièces

1. Raspberry Pi Zero sans fil - 5 $
2. Carte micro SD de 16 Go - 8-10 $
3. Uxcell DC12V 25N Force 2-Wires Pull Push Solénoïde, électro-aimant, actionneur de 10 mm - 18 $
4. eBoot 6 Pack LM2596 Convertisseur DC à DC Buck 3.0-40V à 1.5-35V Module abaisseur d'alimentation - 2 $
5. Floureon 2 Packs 3S 11.1V 1500mAh 35C RC Lipo Batterie avec prise XT60 pour voiture RC, Skylark m4-fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone et FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 pouces) - 27 $
6. Interrupteur à bascule - 2 à 10 $ par interrupteur, j'en avais un ancien que j'utilisais
7. Finware 6 Paires XT60 XT-60 Mâle Femelle Bullet Connecteurs Prises d'Alimentation avec Thermorétractable pour Batterie RC Lipo - $7.50
8. Interrupteur à lames Cylewet 15Pcs avec plomb doré Interrupteur à induction magnétique normalement ouvert (N/O) électromagnétique pour Arduino (Paquet de 15) CYT1065 - 10 $
9. Module de relais Tolako 5v pour Arduino ARM PIC AVR MCU 5V Indicateur lumineux LED Module de relais à 1 canal Fonctionne avec les cartes Arduino officielles - 6 $. Vous pourriez obtenir un relais qui fonctionne à 3,3 V et contourner le transistor NPN, ce que j'aurais fait si j'avais commandé le bon pour commencer.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 Transistors de puissance encapsulés en plastique 75V 600mA - 2 $
11. Fil et pièces diverses - cela comprend des aimants de 20 mm.

Connexions

Comme vous pouvez le voir sur mon horrible schéma électronique, les branchements pour l'électronique sont plutôt simples. Vous pourriez vous demander pourquoi il y a un transistor NPN là-dedans, cela a à voir avec le relais fonctionnant à 5 volts et le Pi fonctionnant à 3,3 v. Oui, il y a des broches 5V sur le Pi, mais elles ne sont pas destinées à se connecter aux broches GPIO. Demandez-moi comment je sais…

La façon dont vous connectez les composants entre eux est votre choix. J'ai utilisé d'anciens connecteurs servo RC car ils ont l'espacement correct à utiliser pour les broches GPIO sur le Raspberry Pi et j'en ai une grande collection. Vous pouvez diriger la soudure vers les trous/broches du Pi si vous le souhaitez. Vous avez juste besoin de vous assurer que les connexions sont sécurisées et peu susceptibles de se séparer pendant le processus violent qu'est un lancement de catapulte.

Étape 4: Pièces imprimées

Il y a trois éléments que j'ai dû imprimer pour ce projet et ils sont énumérés ci-dessous.

1. Boîtier électronique
2. Boîtier solénoïde
3. Bras de rétention de baseball

J'ai inclus les fichiers STL pour chacune des pièces que j'ai dû imprimer. Lors de l'impression du bras, je vous recommande d'utiliser un taux de remplissage de 25 à 50 %. Il s'agit de s'assurer que le bras ne casse pas du fait des contraintes auxquelles il est soumis lors du tir.

Étape 5: Aimants et commutateurs Reed

L'un des aspects les plus importants de la conception consiste à déterminer comment savoir où se trouve le bras pendant le tir de la catapulte. Il existe plusieurs options différentes, les capteurs à effet Hall, les commutateurs à lames et les accéléromètres ne sont que quelques-unes. À l'origine, j'avais prévu d'utiliser les capteurs à effet Hall, mais j'ai constaté qu'ils ne fonctionnaient pas de manière cohérente, alors je suis passé aux interrupteurs à lames. Si vous choisissez d'utiliser des commutateurs à lames, un mot d'avertissement, les commutateurs à lames doivent être orientés de manière à être perpendiculaires à la force centrifuge. Sinon, il est possible que les interrupteurs à lames soient forcés d'ouvrir/fermer par le mouvement de rotation du bras.

Comme vous pouvez le voir sur le schéma, j'ai utilisé quatre aimants et deux interrupteurs à lames. Chacun des aimants est placé à 90 degrés l'un de l'autre. Ceci, en combinaison avec le décalage de 135 degrés pour les commutateurs à lames, permet 8 lectures de capteur par tour. Avec le décalage du capteur, les deux capteurs ne croiseront pas un aimant en même temps, ce qui nous permet la même précision qu'en utilisant un seul interrupteur à lames et 8 aimants. Dans les deux cas, tous les 45 degrés de rotation du bras, le Pi recevra une seule impulsion.

Chacun des aimants est encastré dans le support de base du bras de lancement. J'ai utilisé une mèche Forstner de 7/8 pouces et j'ai percé environ 6 mm pour correspondre à la hauteur des aimants que j'avais sous la main. J'ai ensuite ajouté un peu de colle chaude dans le trou et pressé les aimants en place. Chacun des aimants doit affleurer la surface de la base.

Pour les commutateurs à lames, j'ai d'abord connecté les commutateurs à des fils que je connecterais plus tard aux broches GPIO du Pi. J'ai ensuite percé une fente pour l'interrupteur à lames sous le bras de lancement. Cette fente doit être dimensionnée pour enfermer complètement votre commutateur à lames. J'ai ensuite percé un trou dans le bras à l'extrémité de la fente. Ce trou est la façon dont le fil et le commutateur à lames sont enfilés à travers le bras, il doit donc être assez grand pour gérer les deux. J'ai ensuite enfilé la connexion du fil sur le commutateur à lames et colle le commutateur à lames dans la fente qui a été créée pour cela. Depuis que j'ai utilisé du bois pour mon bras de lancement, j'ai rempli les espaces dans la fente de l'interrupteur à lames avec du mastic à bois. C'était un moyen de s'assurer que l'interrupteur à lames est sécurisé et incapable de frotter sur la base.

Étape 6: Tester

Le test est un processus amusant. C'est là que vous allez quelque part où vous ne blesserez pas les gens ou n'endommagerez pas les biens et voyez si vos affaires fonctionnent. J'aurais aimé avoir fait ça. Lors de notre premier test, j'ai lancé le relâchement du bras trop tard et j'ai eu une voile de baseball au-dessus de ma camionnette, à environ 100 pieds de distance. Après avoir ajusté le moment de la libération, nous avons réessayé. Cette fois, la balle de baseball a heurté mon pneu de voiture et nous a rebondi. J'ai déplacé ma voiture.

Après plusieurs autres tentatives, nous nous sommes déplacés là où la corde était attachée au bras de manière à ce que le bras s'arrête à 90 degrés dans le sens inverse de la droite. Cela nous a permis de tirer des coups assez droit vers l'avant et à un angle de 45 degrés. Bien mieux. Une fois la libération programmée, nous avons changé le poids et modifié l'élingue à plusieurs reprises pour obtenir nos meilleurs résultats.

Étape 7: Réflexions finales

Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribué à la catapulte de cette année. Steven Bob et Gus Menoudakis, mes coéquipiers. Ma femme, qui chaque année me demande pourquoi je dois construire une conception différente pour une catapulte. Et Cantigny pour avoir organisé le concours en premier lieu. C'est une explosion et devrait vraiment avoir une plus grande foule.

Merci pour votre temps et laissez-moi savoir si vous avez des questions.